ANALISIS SIFAT MEKANIK DAN FOTO

MIKROSKOPIS KERAMIK BERBAHAN DASAR

LEMPUNG BERSISIK (SCALY CLAY) FORMASI

KARANGSAMBUNG KEBUMEN

skripsi

disajikan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

Program Studi Fisika

oleh

Delvita Puspitasari

4211409018

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2013

PERSETUJUAN PEMBIMBING

Skripsi ini telah disetujui oleh pembimbing untuk diajukan ke sidang ujian

skripsi Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Negeri Semarang.

Semarang, 29 Juli 2013

Pembimbing I Pembimbing II

ii

PERNYATAAN

Saya menyatakan skripsi dengan judul “Analisis Sifat Mekanik dan Foto

Mikroskopis Keramik Berbahan Dasar Lempung Bersisik (Scaly Clay) Formasi

Karangsambung Kebumen” adalah bebas plagiat dan apabila dikemudian hari

terdapat bukti plagiat dalam skripsi ini, maka saya bersedia menerima sanksi

sesuai peraturan perundang-undangan.

Semarang, 20 Agustus 2013

Penulis,

Delvita Puspitasari

iii

PENGESAHAN

Skripsi yang berjudul

“Analisis Sifat Mekanik dan Foto Mikroskopis Keramik Berbahan Dasar

Lempung Bersisik (Scaly Clay) Formasi Karangsambung Kebumen”

disusun oleh,

Delvita Puspitasari

4211409018

Telah dipertahankan di hadapan sidang Panitia Ujian Skripsi FMIPA UNNES

pada tanggal 20 Agustus 2013.

iv

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

MOTTO

“Sesungguhnya setelah kesulitan itu ada kemudahan. Maka

apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan) kerjakanlah

dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain.”

(QS. Al-Insyirah : 6-7)

“Perjalanan seribu batu bermula dari satu langkah.”

( Lao Tze )

PERSEMBAHAN

Sumber curahan cinta serta kasih sayang yang tulus,

Mama dan Papa terimakasih

yang dengan sepenuh hati berjuang mendidik dan

membesarkan anakmu, memberikan dorongan,

pengarahan dan selalu mendoakanku dengan segenap

cintamu. Semoga Allah selalu melindungi

v

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah kepada Allah SWT atas rahmatNya sehingga penulis dapat

menyelesaikan penulisan skripsi yang berjudul “Analisis Sifat Mekanik dan Foto

Mikroskopis Keramik Berbahan Dasar Lempung Bersisik (Scaly Clay) Formasi

Karangsambung Kebumen”.

Dalam penulisan skripsi ini banyak bantuan baik moril maupun materiil serta

dorongan dan pengarahan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis

mengucapkan banyak terima kasih kepada:

1. Rektor Universitas Negeri Semarang

2. Prof. Dr. Wiyanto, M.Si. Dekan FMIPA Universitas Negeri Semarang

3. Dr. Khumaedi, M.Si selaku ketua jurusan Fisika

4. Dr. Agus Yulianto, M.Si selaku pembimbing I yang telah membimbing

dengan penuh kesabaran serta meluangkan waktu memberikan ide,

masukan, saran dan motivasi selama penyusunan skripsi.

5. Dr. Sulhadi, M.Si selaku pembimbing II yang telah membimbing dengan

serta meluangkan waktu memberikan saran dan motivasi selama

penyusunan skripsi.

6. Dr. Supriyadi, M.Si selaku dosen wali yang telah meluangkan waktu

memberikan motivasi selama penyusunan skripsi.

7. Ibu dan bapak yang telah banyak memberikan arti sebuah kesabaran dalam

menjalani kehidupan serta membimbing dan mengarahkan untuk tidak

mudah emosi, kasih sayang dan ridho beliau sangat penulis harapkan hingga

akhir hayat.

vi

8. Keluarga Fisika 2009 terkhusus prodi Fisika “FISSUDUO” dan komting

super dahsyat Bos Riza, yang senantiasa memberikan tawa dalam duka,

semangat dan motivasi.

9. Kawan-kawan Lab Magnetik [Lisma,S.Si., Makcik,S.Si., Mustika,S.Si., mas

Imam,S.Si., Wawan, Lucky, Sheila] yang telah banyak membantu dalam

penyelesaian penulisan skripsi dan berjuang bersama untuk masa depan

yang lebih baik.

10. Sahabat UKM RIPTEK kabinet SMART, GENIUS, GEMILANG, bersama

kalian semua telah banyak belajar bermasyarakat, berorganisasi dan belajar

memaknai arti ”Social Human”. BE THE BEST

11. Sahabatku DE terimakasih atas segala inspirasi, ilmu, persahabatan dan

kasih sayang yang selama ini telah kita jalani.

12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih

untuk selalu memberikan bantuan moral dan spiritual.

Akhir kata, penulis hanya dapat berdoa semoga karya tulis yang dengan tulus dan

ikhlas penulis susun serta jauh dari kesempurnaan ini dapat bermanfaat dan

menambah wawasan keilmuan. Kritik dan saran yang sifatnya membangun

terhadap penelitian ini sangat penulis harapkan sehingga akan muncul yang lebih

sempurna.

Semarang, 20 Agustus 2013

Penulis,

Delvita Puspitasari

vii

ABSTRAK

Puspitasari, Delvita. 2013. Analisis Sifat Mekanik Dan Foto Mikroskopis

Keramik Berbahan Dasar Lempung Bersisik (Scaly Clay) Formasi

Karangsambung Kebumen. Skripsi, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang. Pembimbing Utama: Dr. Agus

Yulianto, M.Si. dan Pembimbing Pendamping: Dr. Sulhadi, M.Si.

Kata kunci: Keramik, Lempung, Pasir Kuarsa

Telah dilakukan analisis sifat mekanik dan foto mikroskopis keramik berbahan

dasar lempung bersisik (scaly clay) formasi Karangsambung Kebumen dengan

berbagai variasi komposisi (dalam % massa). Tujuan penelitian untuk mengetahui

karakteristik keramik dengan penambahan campuran pasir kuarsa terhadap sifat

mekanik keramik dan mengetahui struktur morfologi keramik. Preparasi lempung

dan pasir kuarsa dilakukan dengan cara digiling menggunakan mesin ball milling

selama 8 jam, sehingga diperoleh material serbuk. Penentuan komposisi bahan

aditif dihitung berdasarkan persentase massa. Sampel keramik dibuat dengan

komposisi berbeda, 11 sampel dibuat menggunakan aditif pasir kuarsa dengan

variasi komposisi maksimum sampai sampel itu retak yaitu dari 5%, 10%, 15%,

20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55% dan 60%. Pembentukan sampel

dengan cara cetak dan proses sintering menggunakan furnace thermolyne hingga

mencapai suhu 850ºC dengan waktu penahanan 2 jam. Parameter karakterisasi

sampel meliputi densitas, porositas, kekerasan dan pengamatan struktur

morfologi. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa sifat mekanik keramik yang

dihasilkan pada komposisi 75% lempung, 25% pasir kuarsa adalah hasil yang

optimum. Pada komposisi tersebut karakteristik yang dihasilkan adalah sebagai

berikut:densitas 1.81 g/cm3, porositas 10%, dan kekerasan 252.51 kgf/cm

2. Pada

pengamatan morfologi keramik terlihat persebaran pasir kuarsa yang merata.

viii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .................................................................................... vi

ABSTRAK ...................................................................................................... viii

DAFTAR ISI ................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xii

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang .................................................................................. 1

1.2. Rumusan Masalah ............................................................................. 3

1.3. Pembatasan Masalah ........................................................................ 4

1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................. 4

1.5. Manfaat Penelitian ............................................................................ 5

1.6. Sistematika Penulisan ...................................................................... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Keramik ............................................................................................ 7

2.2. Bahan Pembuat Keramik

2.2.1 Lempung .................................................................................. 9

2.2.2 Pasir Kuarsa ............................................................................. 11

2.3. Proses Sintering ................................................................................ 12

2.4. Densitas ............................................................................................ 14

2.5. Porositas ............................................................................................ 15

2.6. Kekerasan ......................................................................................... 15

2.7. Struktur Morfologi ........................................................................... 16

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Alur Penelitian ............................................................ 17

3.2. Alat dan Bahan ................................................................................ 17

ix

3.3. Variabel Penelitian .......................................................................... 18

3.4. Prosedur Penelitian .......................................................................... 18

3.4.1 Penyiapan Bahan ..................................................................... 20

3.4.2 Homogenisasi .......................................................................... 21

3.4.3 Pencetakan................................................................................ 22

3.4.4 Sintering ................................................................................... 23

3.4.5 Pendinginan Sampel ................................................................. 24

3.4.6 Karakterisasi ............................................................................. 24

3.4.7 Analisis Data ............................................................................ 28

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Densitas .......................................................................................... 29

4.2. Porositas........................................................................................... 31

4.3. Kekerasan ........................................................................................ 33

4.4. Optimasi Produk .............................................................................. 34

4.5. Pengamatan Struktur Morfologi ...................................................... 36

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 41

5.2 Saran ................................................................................................. 42

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 43

LAMPIRAN .................................................................................................... 46

x

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1 Sifat Fisik Pasir Kuarsa Indonesia ............................................................. 12

4.1 Hasil Pengamatan Struktur Morfologi ....................................................... 36

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

3.1 Skema Tahapan Pembuatan Keramik ........................................................ 19

3.2 Alat Penggiling (ball mill) ......................................................................... 20

3.3 Neraca Digital ............................................................................................ 21

3.4 Alat Press ................................................................................................... 22

3.5 Alat Pembakar (Furnace) ........................................................................... 23

3.6 Diagram Pemanasan dan Pendinginan Sampel .......................................... 24

3.7 Pengukuran Porositas Sampel .................................................................... 25

3.8 Perangkat Mikroskop MS-804 ................................................................... 26

3.9 Perangkat Standart Compression Tester ................................................... 27

4.1 Distribusi Densitas Keramik ...................................................................... 30

4.2 Distribusi Porositas Keramik ..................................................................... 32

4.3 Distribusi Kekerasan Keramik ................................................................... 33

4.4 Distribusi Komposisi Optimum ................................................................. 35

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

A. Data Pengukuran Densitas .......................................................................... 46

B. Data Pengukuran Porositas .......................................................................... 47

C. Data Pengukuran Kekerasan........................................................................ 48

D. Alat-alat Penelitian ...................................................................................... 49

E. Bahan-bahan Penelitian ............................................................................... 50

F. Gambar Sampel Keramik ............................................................................. 51

xiii

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Teknologi keramik telah dikenal sejak lama dalam peradaban manusia.

Pada masa sekarang ini hampir sebagian besar kebutuhan dipenuhi oleh produk

keramik. Bentuk sederhana dari keramik adalah berupa benda-benda gerabah yang

terbuat dari lempung, baik diproses melalui pembakaran atau tidak. Saat ini

keramik tidak hanya dibuat dengan cara tradisional namun sudah banyak yang

membuat dengan teknologi canggih.

Keramik merupakan bahan yang mempunyai karakteristik senyawa logam

dan bukan logam, senyawa tersebut memiliki ikatan ionik dan ikatan kovalen

(Vlack, 1991). Keramik mempunyai sifat-sifat yang baik seperti kuat, keras, stabil

pada suhu tinggi dan tidak korosif sehingga cocok digunakan untuk bahan

bangunan (Harefa, 2009).

Seiring dengan kemajuan teknologi, saat ini bahan keramik telah

dikembangkan menjadi produk modern dengan keunggulan sifat yang sangat

variatif. Dengan memanfaatkan potensi sumber daya alam seperti lempung,

feldspar, kaolin dan pasir silika yang tersebar di berbagai daerah di Indonesia,

industry keramik terus berkembang. Lempung adalah salah satu bahan dasar

pembuat keramik yang memiliki sifat plastis, mudah dicetak, kaku setelah

dikeringkan dan bersifat kaca setelah dipanaskan pada temperatur yang sesuai

2

(Isman et al., 2000). Dalam penelitian Mkrtchyan et al (2002), lempung sangat

memungkinkan dapat digunakan untuk memproduksi bahan-bahan refraktori,

porselen dan lain-lain. Selain itu lempung sebagai komponen utama dan bahan

pengikat dalam produksi refraktori.

Lempung bersisik (scaly clay) adalah salah satu lempung yang

dimanfaatkan untuk pembuatan keramik selain feldspar dan kaolin. Lempung di

kabupaten Kebumen tepatnya di kecamatan Karangsambung terdapat bebagai

jenis dan sebaran yang cukup potensial untuk dikembangkan pemanfaatannya.

Lempung bersisik formasi Karangsambung tersusun oleh kelompok sedimen yang

tercampur aduk karena proses pelongsoran gaya berat, bongkahan-bongkahan

batuan sedimen berukuran centimeter hingga ratusan meter, masa dasar berupa

batu lempung bersisik, berwarna abu-abu gelap hingga cerah (Anshori, 2008).

Lempung di daerah Karangsambung adalah lempung tipe Brick clays dan

dikategorikan sebagai lempung antara low melting hingga high melting

(Sudaryanto, 2000).

Pemanfaatan lempung bersisik (scaly clay) ini bertujuan untuk

meningkatkan nilai tambah bahan galian lempung daerah Karangsambung serta

dapat mengendalikan pemanfaatan bahan galian lempung. Dalam penelitian ini

keramik berbahan dasar lempung bersisik akan dicampur dengan pasir kuarsa

dengan mengendalikan komposisi masing-masing bahan.

Proses pembuatan keramik secara umum dibutuhkan empat bagian

penyusun tertentu, yakni: bahan untuk badan, bahan untuk glasur, bahan

pembantu dan bahan utility. Bahan-bahan yang digunakan adalah berupa batuan

3

dengan kandungan mineral tertentu. Mineral inilah yang memberikan gambaran

tentang bahan yang akan digunakan, mineral-mineral yang terbentuk, serta sifat-

sifat setelah dibakar. Komposisi bahan penyusun keramik merupakan salah satu

faktor yang mempengaruhi sifat-sifat keramik. Menurut Karo-karo dan Komaro

(2006), kegagalan produk keramik diakibatkan karena bahan mentah yang kasar

antara bahan utama dan bahan campuran, sehingga kondisi ini menyebabkan

terjadi kerusakan atau pecah ketika pengeringan atau pembakaran.

Karakterisasi keramik akan dilakukan untuk memeriksa sifat fisik,

meliputi persentasi campuran yang menghasilkan keramik tak retak keramik,

densitas, porositas dan uji sifat mekanik yaitu kekerasannya. Untuk mengetahui

struktur morfologi keramik dilakukan analisis dengan Mikroskop MS-804.

Karakterisasi dilakukan untuk mengetahui kualitas keramik sehingga dapat

diinformasikan kepada masyarakat luas akan potensi lempung bersisik (scaly clay)

Karangsambung.

1.2 Permasalahan

Permasalahan yang menjadi fokus kajian utama dalam penelitian ini adalah:

1. Bagaimana pengaruh penambahan pasir kuarsa terhadap sifat mekanik

keramik dari lempung bersisik formasi Karangsambung?

2. Bagaimana struktur morfologi keramik dari lempung formasi

Karangsambung dengan menggunakan Mikroskop MS-804?

4

1.3 Batasan Masalah

Pada penelitian ini perlu dilakukan pembatasan masalah sebagai berikut:

1. Bahan lempung yang digunakan diambil dari kecamatan

Karangsambung Kebumen Jawa Tengah.

2. Bahan campuran yang digunakan adalah pasir kuarsa diambil dari

daerah Sedan Kabupaten Rembang Jawa Tengah.

3. Karakterisasi yang dilakukan adalah pengujian terhadap sifat fisik antara

lain persentasi tak retak keramik, densitas, porositas, dan sifat mekanik

keramik yaitu kekerasan keramik dengan menggunakan alat Standart

Compression Tester. Untuk mengetahui struktur morfologi dari keramik

menggunakan alat Mikroskop MS-804.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui pengaruh penambahan pasir kuarsa terhadap sifat mekanik

keramik dari lempung bersisik formasi Karangsambung.

2. Mengetahui struktur morfologi keramik dengan menggunakan

Mikroskop MS-804.

1.5 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi kepada masyarakat

tentang kualitas keramik meliputi sifat fisik, sifat mekanik dan struktur

5

morfologi keramik yang terbuat dari bahan dasar lempung bersisik dan

campuran pasir kuarsa.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dalam skripsi disusun dan dibagi menjadi tiga bagian

untuk memudahkan pemahaman tentang struktur dan isi skripsi. Penulisan

skripsi ini dibagi menjadi tiga bagian, yaitu bagian pendahuluan skripsi,

bagian isi skripsi,dan bagian akhir isi skripsi.

1. Bagian pendahuluan skripsi, terdiri dari halaman judul, abstrak, halaman

pengesahan, motto dan persembahan, kata pengantar, daftar isi, daftar

gambar, daftar tabel, dan daftar lampiran.

2. Bagian isi skripsi, terdiri dari lima bab yang tersusun dengan sistematika

sebagai berikut:

BAB 1. Pendahuluan, berisi alasan pemilihan judul, perumusan masalah,

batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika

skripsi.

BAB 2. Landasan Teori, berisi teori-teori pendukung penelitian.

BAB 3. Metode Penelitian, berisi tempat pelaksanaan, alat dan bahan

yang digunakan, serta langkah kerja yang dilakukan dalam penelitian.

BAB 4. Hasil Penelitian dan Pembahasan, dalam bab ini dibahas tentang

hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan.

BAB 5. Penutup yang berisi tentang kesimpulan hasil penelitian yang

telah dilakukan serta saran-saran yang berkaitan dengan hasil penelitian.

6

3. Bagian akhir skripsi memuat tentang daftar pustaka yang digunakan

sebagai acuan dari penulisan skripsi.

7

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Keramik

Keramik dibentuk dari kata Latin „keramikos‟ yang berarti tembikar atau

peralatan yang terbuat dari lempung dan mengalami pembakaran dengan suhu

tinggi. Kamus dan ensiklopedia tahun 1950-an mendefinisikan keramik sebagai

suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang

dibakar, seperti gerabah, genteng, porselin dan sebagainya. Penggunaan keramik

berkembang dari bahan pecah belah, perabot rumah tangga hingga produk

industri.

Perkembangan keramik saat ini mengalami kemajuan yang pesat sejalan

dengan meningkatnya kebutuhan masyarakat akan barang keramik, baik untuk

alat rumah tangga, ubin keramik, genteng keramik, hiasan/barang seni (Subari dan

Hidayati, 2010). Kekuatan dan ikatan keramik menyebabkan tingginya titik lebur,

kerapuhan, daya tahan terhadap korosi, rendahnya konduktivitas thermal dan

tingginya kekuatan kompresif dari material tersebut.

Keramik merupakan bahan yang mempunyai karakteristik senyawa logam

dan bukan logam, senyawa tersebut memiliki ikatan ionik dan ikatan kovalen

(Vlack, 1991). Keramik merupakan bahan komposit yang memiliki tahanan suhu

tinggi, keausan dan korosi yang lebih baik daripada super alloy namun memiliki

sifat getas (Subiyanto & Subowo, 2003). Akan tetapi ada beberapa kelemahan

8

pada kebanyakan jenis keramik yaitu sifatnya rapuh (britle), getas dan mudah

patah seperti halnya pada jenis keramik konvensional seperti porselen, gerabah,

gelas, dan sebagainya.

Pada prinsipnya keramik terbagi dalam 2 kategori:

1. Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan

alam. Keramik tradisional tersusun atas 3 komponen dasar, yaitu lempung

(tanah liat), feldspar, silika. Keramik ini menggunakan bahan-bahan amorf

(tanpa diolah). Yang termasuk keramik tradisional adalah barang pecah belah

(dinnerware), keperluan rumah tangga dan untuk industri.

2. Keramik teknologi adalah keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida-

oksida logam atau logam, seperti Al2O3, ZrO2, MgO. Penggunaanya sebagai

elemen panas, semi konduktor, komponen turbin dan pada bidang medis.

Sifat umum keramik yang mudah dilihat adalah rapuh, contohnya pada

keramik yang terbuat dari lempung, sifat lainnya adalah tahan suhu tinggi sebagai

contoh keramik tradisional yang terdiri dari pasir, feldspar dan lempung tahan

sampai pada suhu 1200ºC, sedangkan pada keramik teknik seperti keramik oksida

mampu tahan sampai suhu 2000ºC (Umah, 2007). Kekuatan keramik dipengaruhi

oleh bahan campuran sehingga keramik bergantung dari bahan baku dan bahan

paduannya.

9

2.2 Bahan Pembuat Keramik

2.2.1 Lempung

Lempung adalah material yang memiliki ukuran diameter partikel lebih

kecil dari 2 µm dan dapat ditemukan dekat permukaan bumi. Karakteristik umum

dari lempung mencakup komposisi kimia, struktur lapisan kristal dan ukurannya

(Qodari, 2010).

Semua mineral lempung memiliki sifat plastis dan mudah dicetak untuk

butir yang serta pada waktu basah, sifat plastisitas dan kemampuan kerja dari

lempung kebanyakan dipengaruhi oleh kondisi fisik, kaku setelah dikeringkan,

vitreous (bersifat kaca) setelah dipanaskan pada temperatur yang sesuai (Isman et

al., 2000).

Pada umumnya ada 2 jenis lempung, yaitu:

1. Ball clay, ini digunakan pada keramik putih karena memiliki plastisitas tinggi

dengan tegangan patah tinggi serta tidak pernah digunakan sendiri. Tanah

jenis ini disebut tanah liat sedimen, memiliki butir halus dan berwarna abu-

abu.

2. Fire clay, jenis tanah ini biasanya berwarna terang ke abu-abu gelap menuju

hitam. Fire clay diperoleh di alam dalam bentuk bongkahan yang

menggumpal dan padat. Tanah jenis ini tahan dibakar pada suhu tinggi tanpa

mengubah bentuknya. Ada 3 jenis fire clay, yaitu flin fire clay yang memiliki

struktur kuat, plastic fire clay yang memiliki kemampuan kerja yang baik,

10

serta high alumina clay yang sering digunakan sebagai refraktori dan bahan

tahan api.

Lempung formasi Karangsambung Kebumen

Kawasan Karangsambung sudah banyak dikenal dikalangan ahli ilmu

kebumian khususnya ahli geologi. Kawasan yang terletak di Kebumen bagian

utara ini mempunyai keunikan geologi yaitu terdapat beragam batuan baik beku,

sedimen dan metamorf yang terbentuk pada dasar samudra hingga tepi benua serta

telah berumur jutaan tahun (Anshori, 2004). Kawasan Karangsambung tidak

hanya mempunyai keunikan geologi saja namun juga menyimpan potensi bahan

tambang, salah satunya adalah lempung bersisik (scaly clay).

Lempung bersisik merupakan formasi Karangsambung-Totogan yang

tersusun oleh kelompok sedimen yang tercampur aduk karena proses pelongsoran

gaya berat yang sering dikenal dengan istilah Olistostrome. Bongkah-bongkah

batuan sedimen berukuran centimeter hingga ratusan meter tersebar secara acak

dalam masa dasar lempung hitam bersisik (Anshori, 2008).

Lempung Karangsambung memiliki kandungan kimia yang sangat

menonjol adalah silika (SiO2) rata-rata diatas 50%, kandungan alumina (Al2O3)

sekitar 16%-19%, kandungan oksida besi (Fe2O3) cukup tinggi 4%-7%,

kandungan TiO2 sekitar 1% yang sangat berpengaruh terhadap kualitas lempung

sebagai bahan gerabah. Kandungan alkali berupa Na2O sebesar 0,3%-0,9% dan

K2O sebesar 0,3%-0,5%. Komposisi mineral lempung Karangsambung sebagian

besar didominasi oleh mineral quartz dan plagioklas. Mineral lempung nampak

11

sebagai monmorillonit, kaolinite dan illite. Sedangkan mineral ubahan berupa

chlorite dan mineral bentuk sulfida berupa pyrite.

Lempung asal Karangsambung ini diklasifikasikan sebagai lempung

sedimentary, menurut penggunaannya dalam industri sebagian besar dapat

digolongkan sebagai brick clays yang dapat digunakan untuk bata, genteng, bata

berdinding tipis dan berongga dan dikategorikan lempung lowmelting hingga

highmelting (Sudaryanto, 2000).

2.2.2 Pasir Kuarsa

Pasir kuarsa adalah bahan galian yang terdiri atas kristal-kristal silika

(SiO2) dan mengandung senyawa pengotor yang terbawa selama proses

pengendapan. Pasir kuarsa mempunyai komposisi gabungan SiO2, Fe2O3, Al2O3,

TiO2, CaO, MgO dan K2O berwarna putih bening atau warna lain bergantung

pada senyawa pengotornya (Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi

Mineral dan Batubara, 2012).

Kuarsa (SiO2) banyak dipakai sebagai bahan industri seperti keramik dan

sebagai bahan anorganik yang bukan logam (Asmuni, 2008). Pada umumnya di

alam, pasir kuarsa ditemukan dengan ukuran butir bervariasi dalam distribusi yang

melebar, mulai dari fraksi halus (0,06 mm) sampai dengan ukuran kasar (2 mm).

Beberapa sifat fisik pasir kuarsa meliputi warna, kekerasan, berat jenis dan

lainnya dapat dilihat pada Tabel 2.1 di bawah ini.

12

Tabel 2.1 Sifat fisik pasir kuarsa Indonesia (Prayogo & Budiman, 2009)

Sifat fisik Deskripsi

Warna

Putih bening atau lain bergantung pada

senyawa pengotornya, misal kuning

mengandung Fe-oksida, merah mengandung

Cu-oksida.

Kekerasan 7 (skala mohs)

Berat jenis 2,65

Titik lebur ±1715ºC

Bentuk kristal Heksagonal

Panas spesifik 0,185

Konduktivitas panas 12º-100ºC

Kegunaan pasir kuarsa dalam penelitian ini adalah sebagai campuran

bahan pembuatan keramik yaitu mempermudah proses pengeringan, pengontrolan,

penyusutan, dan memberi kerangka pada badan keramik.

2.3 Proses Sintering

Tahap sintering merupakan tahapan pembuatan keramik yang sangat

penting dan menentukan sifat-sifat keramik yang dihasilkan. Sintering adalah

proses pemadatan dari sekumpulan serbuk pada temperatur tinggi, mendekati titik

leburnya, sehingga terjadi perubahan struktur mikro seperti pengurangan jumlah

dan ukuran pori, pertumbuhan butir (grain growth), peningkatan densitas dan

penyusutan volume. Hal ini disebabkan oleh karena butiran-butiran partikel akan

13

tersusun semakin rapat (Sebayang et al., 2009). Dalam tahapan ini tujuannya

adalah memadat-kompakkan bahan, yang sudah dicetak, dengan suhu tinggi. Pada

tahap ini akan terjadi berkurangnya pori-pori dan cacat bahan, pengontrolan

ukuran butir dan fase batas butiran (Parno, 1997). Hal ini bertujuan agar butiran-

butiran dalam partikel yang berdekatan dapat bereaksi dan berikatan. Selama

proses pembakaran, kandungan air pada material hilang (Mothe & Ambrosio,

2007). Proses sintering fase padat terbagi menjadi tiga padatan, yaitu:

1. Tahap awal

Pada tahap awal ini terbentuk ikatan atomik. Kontak antar partikel

membentuk leher yang tumbuh menjadi batas butir antar partikel. Pertumbuhan

akan menjadi semakin cepat dengan adanya kenaikan suhu sintering. Pada tahap

ini penyusutan juga terjadi akibat permukaan porositas menjadi halus. Penyusutan

yang tidak merata menyebabkan keretakan pada sampel (Kashcheev & Turlova,

2010).

2. Tahap menengah

Pada tahap kedua terjadi desifikasi dan pertumbuhan partikel yaitu butir

kecil larut dan bergabung dengan butir besar. Akomodasi bentuk butir

menghasilkan pemadatan yang lebih baik. Pada tahap ini juga berlangsung

penghilangan porositas. Akibat pergeseran batas butir, porositas mulai saling

berhubungan dan membentuk silinder di sisi butir.

3. Tahap akhir

Fenomena desifikasi dan pertumbuhan butir terus berlangsung dengan laju

yang lebih rendah dari sebelumnya. Demikian juga dengan proses penghilangan

14

porositas, pergeseran batas butir terus berlanjut. Apabila pergeseran batas butir

lebih lambat daripada porositas, maka porositas akan muncul di permukaan dan

saling berhubungan.

3. Densitas

Densitas pada material didefinisikan sebagai massa per satuan volume,

dinyatakan dalam gram per centimeter kubik (g/cm3). Persamaan sederhana untuk

menghitung densitas pada Persamaan (2.1)

(2.1)

dengan ρ merupakan densitas (g/cm3), m merupakan massa sampel keramik

(gram), dan V adalah volume (cm3).

Dalam prakteknya biasanya sampel yang akan diukur mempunyai ukuran

dari bentuk yang tidak teratur, sehingga penentuan volume mengalami kesulitan

serta kerapatannya diragukan. Pengukuran kerapatan massa memberikan hasil

yang lebih akurat dapat dilakukan dengan metoda Archimedes dimana perbedaan

berat di udara dibandingkan dengan beratnya di dalam air.

4. Porositas

Porositas didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah volume pori-

pori (volume ruang kosong) pada zat padat dengan jumlah volume total zat padat.

Perhitungan porositas dihitung dari volume pori dibagi dengan volume total.

15

Pada persamaan tersebut, sulit untuk digunakan karena kita akan kesulitan

untuk mengukur volume kosong pada zat padat, sehingga pengukuran porositas

dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.2) di bawah ini:

(2.2)

Keterangan:

ρ1: massa jenis sampel kering (g/cm3)

ρ2: massa jenis sampel basah (g/cm3)

Porositas dapat diatur dengan menambahkan bahan aditif dan bahan lain

yang dapat menghasilkan gas pada saat di bakar sehingga meninggalkan rongga

yang disebut pori. Porositas yang tinggi dapat mengakibatkan kekuatan mekanik

menjadi rendah.

5. Kekerasan

Pengukuran kekerasan keramik menggunakan Standart Compression

Tester. Sebelum pengukuran kekerasan, telebih dahulu dilakukan pengukuran

diameter sampel untuk menentukan luasan benda yang akan diuji.

16

Untuk menghitung nilai kekerasan dengan menggunakan Persamaan (2.3) berikut

ini:

(2.3)

Keterangan:

: kekerasan (kgf/cm2)

P : gaya tekan maksimum (kgf)

A : luasan dari sampel (cm2)

6. Struktur Morfologi

Untuk mengetahui struktur morfologi dari sampel setelah proses sintering,

kita dapat menggunakan Mikroskop MS-804. Mikroskop MS-804 adalah

mikroskop digital dengan perbesaran dari 400x hingga 2400x. Digital CCD

Mikroskop MS-804 Scopeman merupakan mikroskop terbaru dalam system video

mikroskop Moritex yang mengintegrasikan optik canggih, serat optik dan

komponen CCD.

MS-804 mikro-inspeksi stasiun menggabungkan kinerja tinggi dengan

fleksibilitas dan kemudahan penggunaan dengan teknologi kamera CCD.

Dikombinasikan dengan multi-eksposur, intensitas tinggi LED pencahayaan dan

peran yang kuat untuk akuisisi cepat dan sistem sederhana yang memberikan hasil

dengan gambar beresolusi tinggi yaitu 1280x960 piksel.

17

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Alur Penelitian

Penelitian pembuatan dan karakterisasi sifat fisik serta struktur morfologi

keramik dilakukan di Laboratorium Kemagnetan Bahan Jurusan Fisika

Universitas Negeri Semarang. Untuk karakterisasi sifat mekanik keramik

dilakukan di Laboratorium Struktur Bahan Jurusan Teknik Sipil Universitas

Negeri Semarang. Pengujian hanya dibatasi pada pengujian sifat-sifat fisik

(densitas, porositas dan struktur morfologi) serta sifat mekanik (kekerasan).

3.2 Alat dan Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi: lempung bersisik

(scaly clay) diambil dari Kecamatan Karangsambung Kebumen, dan bahan

campuran keramik adalah pasir kuarsa diambil dari daerah Sedan Kabupaten

Rembang. Sedangkan alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain:

neraca digital, mortar, cawan, ayakan, ball mill, furnace, cetakan, mikroskop MS-

804 dan Standart Compression Tester.

18

3.3 Variabel Penelitian

Variabel penelitian adalah objek penelitian, atau apa yang menjadi titik

perhatian suatu penelitian. Variabel pada penelitian terdiri dari tiga variabel, yaitu:

1. Variabel bebas adalah variabel yang akan diselidiki pengaruhnya. Variabel

bebas dalam penelitian ini adalah variasi komposisi bahan pasir kuarsa,

dengan variasi penambahan persen massa dari 5% sampai 55%.

2. Variabel terikat adalah variabel yang diperkirakan akan terjadi. Variabel

terikat dalam penelitian ini adalah sifat-sifat fisik (densitas, porositas dan

struktur morfologi) serta sifat mekanik (kekerasan).

3. Variabel terkendali adalah variabel yang dikendalikan sebagai pengendali

dari variabel bebas dan variabel terikat. Dalam penelitian ini, variabel

terkendali yang digunakan adalah suhu sintering 850ºC dengan waktu

penahanan selama 2 jam.

3.4 Prosedur Penelitian

Prosedur penelitian adalah tahapan-tahapan yang harus dilakukan dalam

penelitian dari proses penyiapan bahan hingga analisis data. Dalam penelitian ini

tahap awal yang harus dilakukan adalah penyiapan bahan meliputi pengeringan

bahan, penggilingan, penyaringan dan menentukan komposisi bahan. Tahapan

selanjutnya adalah tahapan pembuatan sampel meliputi homogenisasi, pencetakan

dan sintering. Tahapan akhir dari penelitian adalah karakterisasi sampel meliputi

densitas, porositas, kekerasan dan pengamatan struktur morfologi kemudian

19

analisis data. Tahapan-tahapan tersebut dapat dilihat pada skema tahapan

pembuatan keramik pada Gambar 3.1 di bawah ini.

Gambar 3.1 Skema tahapan pembuatan keramik

Menyiapkan alat dan

bahan

Homogenisasi

Sintering (850oC selama 2

jam)

Karakterisasi :

Densitas

Porositas

Kekerasan

Struktur Morfologi

Pengeringan bahan

Penggilingan

Penyaringan

Menentukan komposisi bahan

Penulisan laporan

selesai

Pencetakan

Mulai

20

3.4.1 Penyiapan Bahan

Ada beberapa tahapan penting yang mempengaruhi sifat-sifat akhir produk

keramik yaitu tahapan pra-kompaksi, tahapan kompaksi dan tahapan sintering.

Tahapan pra-kompaksi merupakan tahapan penyiapan bahan sebelum dimasukkan

ke dalam cetakan. Tahapan penyiapan bahan ini meliputi tahap penggilingan

menggunakan mesin giling (ball milling) tujuannya adalah untuk menghaluskan

bahan, pada penelitian ini penggilingan dilakukan selama 6 jam, alat penggiling

dapat dilihat pada Gambar 3.2. Tahap penyiapan selanjutnya adalah pengukuran

komposisi bahan menggunakan neraca digital merk AND tipe HR 200, neraca ini

mampu menimbang bahan sampai batas minimum 0,0001 gram dan maksimum

210 gram, alat tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.2 Alat penggiling (ball mill) digunakan untuk menghaluskan

bahan dengan waktu penggilingan tertentu (koleksi

Laboratorium Kemagnetan Bahan, Fisika UNNES).

21

Gambar 3.3 Neraca digital merk AND tipe HR 200 memiliki ketelitian

tinggi, neraca ini mampu menimbang beban sampai batas

0.0001 gram dan maksimum beban 210 gram (koleksi

Laboratorium Kemagnetan Bahan, Fisika UNNES).

3.4.2 Homogenisasi

Pencampuran bahan dilakukan dengan tujuan untuk memperoleh suatu

bagian yang homogen tidak berkelompok pada satu tempat saja, tetapi dapat

menyebar ke seluruh bagian bahan. Pada penelitian ini, pencampuran bahan

dilakukan dengan menggunakan ball mill. Proses ini penting dilakukan untuk

campuran material bahan baku keramik dengan pengaturan komposisi dan ukuran

butir hingga homogen. Selain itu proses ini juga mengurangi porositas yang

terdapat dalam keramik tersebut. Sebelum komposisi (lempung dan pasir kuarsa)

dicampur, terlebih dahulu bahan tersebut dihaluskan agar mempermudah dalam

proses pencampuran.

Metode penghalusan pasir kuarsa dilakukan dengan menggunakan ball

mill selama 8 jam. Ball mill terdiri dari wadah bahan baku yang berbentuk silinder

22

tertutup, terbuat dari logam anti karat, dengan media penghalus berbentuk bola-

bola.

3.4.3 Pencetakan

Proses selanjutnya merupakan proses pembentukan dengan cara menekan

serbuk material (tahapan kompaksi). Penekanan ini merupakan suatu proses

dimana serbuk keramik dimasukkan dalam suatu wadah cetakan yang berbentuk

silinder dengan diameter 4 cm kemudian ditekan pada alat press yang

menggunakan dongkrak hidrolik untuk mengangkat beban agar dapat dipress, dan

menjadi sampel sesuai cetakan. Alat press ini dapat mencetak sampel dengan

maksimum tekanan 5 ton dan dapat dilihat pada Gambar 3.4 di bawah ini.

Gambar 3.4 Alat press digunakan untuk mencetak sampel

dengan maksimum tekanan 5 ton (koleksi

Laboratorium Kemagnetan Bahan, Fisika

UNNES).

23

3.4.4 Sintering

Sintering adalah proses pemadatan dari sekumpulan serbuk pada

temperature tinggi, mendekati titik leburnya, sehingga terjadi perubahan struktur

mikro seperti pengurangan jumlah dan ukuran pori, pertumbuhan butir (grain

growth), peningkatan densitas dan penyusutan volume. Sintering merupakan

tahapan pembuatan keramik yang sangat penting dan menentukan sifat-sifat

keramik yang dihasilkan.

Pada penelitian ini, sampel keramik dibakar menggunakan furnace yang

dapat dilihat pada Gambar 3.5. Furnace yang digunakan adalah merk Thermo

Scientific tipe 62700 model F62735 dengan temperatur maksimum 1000ºC.

Sampel yang sudah dicetak disusun rapi di dalam furnace lalu dibakar pada suhu

850ºC intensif selama 2 jam dan dilakukan holding time (penahanan) selama 2

jam.

Gambar 3.5 Alat pembakar (Furnace) merk Thermo Scientific tipe 62700

model F62735 dengan temperatur maksimum 1000ºC

digunakan untuk membakar sampel (koleksi Laboratorium

Kemagnetan Bahan, Fisika UNNES).

24

3.4.5 Pendinginan Sampel

Setelah mencapai suhu 850ºC dan dipertahankan selama 2 jam kemudian

dilakukan pendinginan hingga suhu kamar yaitu dengan mematikan furnace tanpa

membukanya (pendinginan di dalam furnace). Hal ini dilakukan untuk

menghindari kemungkinan retak-retak pada sampel yang diakibatkan oleh panas

yang berubah tiba-tiba. Setelah mencapai suhu kamar di dalam furnace maka

furnace dapat dibuka untuk mengambil sampel untuk dianalisis. Diagram

pemanasan dan pendinginan sampel dapat dilihat pada Gambar 3.6 di bawah ini.

Gambar 3.6 Diagram pemanasan dan pendinginan sampel, furnace

dimatikan pada jam ke-6 dan dibuka pada jam ke-18

3.4.6 Karakterisasi

Karakterisasi sampel dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat fisik dan sifat

mekaniknya, yang meliputi uji densitas, uji porositas dan uji kekerasan. Densitas

atau kerapatan didefinisikan sebagai massa per satuan volume material, bertambah

secara teratur dengan meningkatnya nomor atomik pada setiap sub kelompok.

25

Porositas didefinisikan sebagai perbandingan volume pori-pori (volume yang

ditempati oleh fluida) terhadap volume total. Untuk menghitung densitas dengan

menggunakan Persamaan (2.1). Setelah sampel diukur nilai densitasnya,

kemudian sampel diukur nilai porositas. Pengukuran porositas dilakukan dengan

cara yang sangat sederhana, yakni dengan cara merendam sampel ke dalam air

dengan waktu tertentu pada suhu dan tekanan ruang yang ditunjukkan pada

Gambar 3.7. Setelah mencapai waktu yang telah ditentukan, sampel ditimbang

massanya dengan menggunakan neraca. Nilai porositas setiap sampel diperoleh

dari perhitungan dengan Persamaan (2.2).

Gambar 3.7 Pengukuran porositas sampel menggunakan metode

pembasahan, beda massa sampel antara massa basah

dikurangi dengan massa kering sampel (foto koleksi

Laboratorium Kemagnetan Bahan, Fisika UNNES).

Setelah sampel diukur nilai densitas dan porositas, selanjutnya dilakukan

pengamatan struktur morfologi dengan Mikroskop MS-804 digital, alat dapat

26

dilihat pada Gambar 3.8 yang tujuannya adalah untuk mengamati persebaran

material pada material keramik. Mikroskop MS-804 scopeman adalah mikroskop

yang terbaru dalam system video mikroskop Moritex. Mikroskop MS-804

memiliki kemampuan memperbesar benda dari 400x hingga 2400x dan juga

pencahayaan dapat diatur dengan mudah.

Gambar 3.8 Perangkat mikroskop digital merk Moritex jenis MS 804

dapat memperbesar gambar dari 400x hingga 2400x dengan

resolusi gambar 1280x960 piksel digunakan untuk

mengamati struktur morfologi sampel (foto koleksi

Laboratorium Kemagnetan Bahan, Fisika UNNES).

Setelah diamati dengan mikroskop digital, dilakukan uji kekerasan. Uji

kekerasan dilakukan terakhir kali karena dapat merusak sampel. Kekerasan adalah

ukuran ketahanan dari suatu bahan untuk menahan deformasi permanen.

Kekerasan suatu bahan diukur dengan menekankan sebuah beban ke permukaan

bahan. Pada penelitian ini, uji kekerasan dilakukan dengan menggunakan alat

27

Standart Compression Tester merk ADR 2000 dari perusahaan ELE International

dengan minimal tinggi beban 10 cm dan diameter 5 cm, alat yang digunakan dapat

dilihat pada Gambar 3.9 yang merupakan koleksi alat dari Laboratorium Struktur

Jurusan Teknik Sipil UNNES. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui

pengaruh dari penambahan pasir kuarsa terhadap nilai kekerasan keramik.

Semakin tinggi nilai kekerasan dari bahan tersebut maka semakin kuat bahan

tersebut menahan beban yang ditumbukkan. Nilai kekerasan dari sampel

didefinisikan sebagai beban maksimum dibagi dengan luasan diameter, yang

dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.3).

Gambar 3.9 Perangkat Standart Compression Tester merk ADR 2000

dari perusahaan ELE International dengan minimal tinggi

beban 10 cm dan diameter 5 cm digunakan untuk mengukur

kekerasan benda (Laboratorium Struktur, Jurusan Teknik

Sipil UNNES).

28

3.4.7 Analisis Data

Metode analisis data yang akan digunakan adalah perhitungan matematis

dan metode grafik. Metode perhitungan matematis untuk menentukan nilai

densitas, nilai porositas dan nilai kekerasan. Pengamatan struktur morfologi

keramik dilakukan dengan menggunakan mikroskop digital. Dari nilai

perhitungan matematis kemudian disajikan dalam bentuk grafik yang selanjutnya

dianalisis menurut hasil masing-masing pengukuran.

29

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sampel keramik dibuat dengan variasi komposisi lempung dan pasir

kuarsa, kemudian dicetak dan disintering pada suhu 850ºC dengan waktu

penahanan 2 jam. Selanjutnya sampel keramik diuji dan dikarakterisasi yang

meliputi pengukuran sifat fisik (densitas dan porositas), uji sifat mekanik

(pengukuran kekerasan) dan pengamatan struktur morfologi dengan menggunakan

Mikroskop MS-804.

4.1 Densitas

Pengukuran densitas dilakukan dengan menggunakan prinsip Archimedes,

hasil yang diperoleh dapat dilihat pada Gambar 4.1 di bawah ini. Diperoleh bahwa

nilai densitas keramik dengan komposisi lempung dan pasir kuarsa berkisar antara

1,74 g/cm3 hingga 1,84 g/cm

3. Hasil pengukuran densitas selengkapnya dapat

dilihat pada Lampiran A. Dalam Gambar 4.1 menunjukkan semakin besar

penambahan komposisi pasir kuarsa (dalam % massa), semakin meningkatkan

nilai densitas keramik.

30

Gambar 4.1 Distribusi densitas keramik dengan komposisi lempung dan

pasir kuarsa

Untuk nilai densitas setiap kenaikan 5% campuran pasir kuarsa perubahan

densitas cenderung naik, hasil data menunjukkan bahwa untuk setiap penambahan

pasir kuarsa diperkirakan kenaikan densitas sebesar 0,01, artinya bahwa

penambahan pasir kuarsa berbanding lurus dengan densitas.

Dari hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa densitas keramik dalam

penelitian ini lebih tinggi daripada densitas keramik yang ada di pasaran, yaitu

antara 0,60-1,00 g/cm3

(Kiswanto, 2011). Hal ini disebabkan karena dalam pasir

kuarsa mengandung senyawa-senyawa yang memiliki nilai densitas 2,65 lebih

tinggi daripada nilai densitas lempung 1,76. Selain itu, ukuran butir lempung yang

lebih besar dari butir pasir kuarsa, dan titik lebur lempung yang lebih rendah

daripada titik lebur pasir kuarsa juga menyebabkan nilai densitas keramik semakin

31

tinggi. Dengan adanya penambahan aditif pasir kuarsa, pada proses pembakaran

butiran-butiran dari aditif tersebut saling merapat dan mengisi rongga kosong

pada keramik sehingga jarak partikel menjadi semakin dekat yang berimplikasi

pada meningkatnya nilai densitas pada sampel keramik. Pasir kuarsa dan lempung

adalah salah satu dari kebanyakan zat padat yang akan mengembang sedikit jika

dipanaskan bila dipengaruhi pertambahan tekanan eksternal, perubahan volume

relatif kecil, sehingga dapat dikatakan bahwa kerapatan pada kebanyakan zat

padat hampir tidak bergantung pada temperatur dan tekanan (Tipler, 1998).

4.2 Porositas

Nilai porositas juga diukur dan dihitung menggunakan prinsip

Archimedes, grafik hasil pengukuran porositas keramik dengan komposisi

lempung dan pasir kuarsa dapat dilihat pada Gambar 4.2 di bawah ini. Hasil

pengukuran porositas selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran B.

32

Gambar 4.2 Distribusi porositas keramik dengan komposisi lempung

dan pasir kuarsa

Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa semakin banyak penambahan

pasir kuarsa cenderung nilai porositas keramik semakin tinggi. Hasil pengukuran

porositas keramik dalam penelitian ini berkisar antara 9,55% hingga 13,15%, hasil

ini lebih kecil daripada porositas keramik yang ada di pasaran yaitu antara 20% -

30% (Kiswanto, 2011).

Untuk nilai porositas diperlihatkan bahwa untuk setiap penambahan 5%

pasir kuarsa maka porositas bertambah, artinya bahwa penambahan pasir kuarsa

berbanding lurus dengan naiknya porositas. Fungsi awal pasir kuarsa dalam hal ini

adalah bahan aditif sebagai penguat ternyata sebaliknya sehingga mempengaruhi

nilai porositas keramik (Sriatun, et al., 2013). Hal ini dikarenakan selama proses

sintering pori-pori dalam keramik terisi oleh butiran-butiran pasir kuarsa yang

banyak mengandung silika karena ukuran butir silika relatif lebih kecil dari

33

butiran lempung. Besar kecilnya nilai porositas dipengaruhi pada proses

pencetakan.

4.3 Kekerasan

Nilai kekerasan dari hasil pengujian menggunakan alat Standart

Compression Tester adalah berkisar antara 46,66 kgf/cm2 hingga 511,25 kgf/cm

2.

Hasil pengukuran nilai kekerasan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran C.

Hasil uji kekerasan diperlihatkan pada Gambar 4.3 menunjukkan bahwa

kekerasan keramik semakin menurun dengan bertambahnya pasir kuarsa, artinya

bahwa kekerasan berbanding terbalik terhadap penambahan pasir kuarsa.

Gambar 4.3 Distribusi kekerasan keramik dengan komposisi lempung

dan pasir kuarsa, penambahan pasir kuarsa mempengaruhi

kekerasan pada keramik

34

Dalam penelitian ini, nilai kekerasan optimum dicapai pada sampel

keramik dengan komposisi 90% lempung dan 10% pasir kuarsa yaitu sebesar

511,25 kgf/cm2. Pada penelitian yang telah dilakukan, diperoleh sampel keramik

dengan nilai kekerasan yang baik, hal ini dikarenakan keramik dicetak dengan

beban penekanan yang tinggi dan diberi aditif. Dengan adanya beban penekanan

yang tinggi sehingga dapat diperoleh sampel keramik yang lebih padat. Kekerasan

keramik yang berbanding terbalik dengan penambahan pasir kuarsa dalam hal ini

sebagai aditif juga dikarenakan perbedaan titik lebur antara lempung dan pasir

kuarsa. Titik lebur lempung yang lebih rendah dari pasir kuarsa menyebabkan

butiran material lempung menyusut lebih cepat pada saat proses pembakaran

sehingga butiran pasir kuarsa mengisi kekosongan rongga pada keramik. Pada

pasir kuarsa yang banyak mengandung silika juga berpengaruh mengurangi

kekuatan badan keramik, kecuali dalam bentuk butir-butir yang sangat halus,

kadang dapat bertindak sebagai pelebur (Bayuseno, 2009). Hal ini yang

menyebabkan keramik mudah retak dan rapuh karena penambahan kadar pasir

kuarsa yang terlalu banyak.

4.4 Optimasi Produk

Keramik yang memiliki kualitas baik adalah keramik yang memiliki

kekerasan tinggi, akan tetapi porositas dan densitasnya rendah (Kiswanto, 2011).

Dengan kekerasan yang tinggi, maka keramik tersebut tidak akan mudah pecah

dan dengan porositas yang rendah maka keramik tidak banyak menyerap air

35

sehingga lebih awet. Keramik dengan nilai densitas yang rendah maka keramik

tersebut cenderung lebih ringan.

Keramik dengan komposisi optimum dapat diperoleh dengan

menggabungkan ketiga grafik di atas, yaitu grafik densitas, grafik porositas dan

grafik kekerasan. Hal tersebut digunakan untuk mengetahui pada komposisi

berapa keramik memiliki kekerasan tinggi, porositas dan densitas rendah. Hasil

dari optimasi produk dapat dilihat pada Gambar 4.4 yang menunjukkan komposisi

optimum keramik. Oleh karena itu, dengan mengutamakan kekerasan dan sifat

fisik keramik yang terlihat pada grafik maka dapat disimpulkan bahwa komposisi

optimum keramik adalah 75% lempung dan 25% pasir kuarsa. Adapun

karakteristik keramik pada komposisi tersebut adalah sebagai berikut: densitas

1,81 g/cm3, porositas 10 %, dan kekerasan 252,51 kgf/cm

2.

Gambar 4.4 Distribusi komposisi optimum sampel keramik pada

komposisi 75% lempung dengan campuran 25% pasir

kuarsa.

36

4.5 Pengamatan Struktur Morfologi

Mikroskop MS-804 adalah mikroskop digital yang terbaru dalam system

video mikroskop Moritex yang mengintegrasikan optik canggih, serat optik dan

komponen CCD MS-804 mikro inspeksi yang menggabungkan kinerja tinggi

dengan fleksibilitas dan kemudahan dalam penggunaan dengan dilengkapi

teknologi kamera CCD. Dikombinasikan dengan multi-eksposur, LED dengan

pencahayaan intensitas tinggi dan akuisisi yang cepat serta sistem sederhana yang

menghasilkan gambar dengan resolusi tinggi yaitu 1280x960 piksel.

Dalam penelitian ini, karakterisasi distribusi morfologi peermukaan secara

sederhana dilakukan dengan menggunakan mikroskop MS-804 yang merupakan

mikroskop digital. Hasil karakterisasi distribusi morfologi permukaan dilakukan

dengan perbesaran 1000x untuk masing-masing sampel keramik dengan

komposisi lempung dan pasir kuarsa ditunjukkan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Hasil pengamatan struktur morfologi sampel keramik dengan

komposisi lempung dan pasir kuarsa

No. Komposisi

(% lempung + % p.kuarsa)

Gambar

1 45 / 55

37

2 50 / 50

3 55 / 45

4 60 / 40

5 65 / 35

38

6 70 / 30

7 75 / 25

8 80 / 20

9 85 / 15

39

10 90 / 10

11 95 / 5

Pada pengujian struktur morfologi, sampel keramik cukup diamplas

kemudian difoto mikro dengan menggunakan mikroskop digital MS-804 yang

dilengkapi dengan kamera perbesaran 400 kali hingga 2400 kali. Adapun

spesimen yang difoto mikro adalah sampel yang berhasil dibakar pada suhu

850ºC. Pada Tabel 4.1 menunjukkan hasil foto struktur morfologi dengan

komposisi penambahan pasir kuarsa 5% hingga 55%.

Hasil struktur morfologi secara umum memperlihatkan struktur yang

berwarna coklat yang mendominasi adalah lempung, sedangkan struktur yang

berwarna putih adalah pasir kuarsa. Berdasarkan pada Tabel 4.1 menunjukkan

hasil struktur morfologi dari 11 sampel homogenitasnya berbeda-beda. Pada

sampel dengan komposisi pasir kuarsa 55% terlihat banyak struktur berwarna

putih yaitu pasir kuarsa yang menumpuk sehingga struktur morfologi dari sampel

40

tersebut terlihat merata, jika dibandingkan dengan struktur morfologi dengan

komposisi pasir kuarsa 5% terlihat lebih homogen. Meskipun demikian, jika

dilihat pada Tabel 4.1 dari komposisi lempung 45% hingga 95% struktur

morfologinya terlihat cenderung homogen. Hal ini dikarenakan perbedaan titik

lebur antara material lempung yang lebih rendah daripada titik lebur pasir kuarsa.

Pada saat proses pembakaran, butir-butir material lempung menyusut sehingga

butir-butir pasir kuarsa dapat mengisi rongga kekosongan pada sampel keramik.

41

BAB 5

PENUTUP

1.7 Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan

beberapa hal sebagai berikut:

1. Pada penambahan pasir kuarsa diperoleh sampel keramik dengan nilai

densitas 1,74-1,84 g/cm3, nilai porositas 9,55-13,15 % dan nilai kekerasan

46,66-511,25 kgf/cm2. Dengan mengutamakan nilai kekerasan dan sifat fisik

sampel keramik didapatkan komposisi optimum yaitu pada komposisi 75%

lempung dan 25% pasir kuarsa, dengan nilai densitas 1,81 g/cm3, nilai

porositas 10 %, nilai kekerasan 252,51 kgf/cm2. Penambahan pasir kuarsa

mempengaruhi sifat mekanik keramik dengan semakin banyak penambahan

pasir kuarsa maka semakin kecil nilai kekerasan.

2. Ukuran butir pasir kuarsa yang relatif lebih kecil dari ukuran butir lempung

menunjukkan persebaran pasir kuarsa pada sampel keramik terlihat kompak

dan merata dengan lempung.

42

1.8 Saran

Mengacu pada hasil dan pembahasan karakterisasi di atas, penelitian ini

masih harus disempurnakan. Oleh karena itu disarankan untuk melakukan

penelitian lebih lanjut dengan menambahkan bahan campuran lain yang cocok

digunakan untuk menghasilkan keramik yang lebih kuat. Kemudian untuk

karakterisasi sebaiknya dilakukan analisis sifat optik dengan menggunakan SEM

(Scanning Electron Microscopy) tujuannya adalah untuk mengetahui detail dari

struktur bahan.

43

DAFTAR PUSTAKA

Asmuni. 2008. Karakterisasi Pasir Kuarsa (SiO2) dengan Metode XRD. FMIPA

Universitas Sumatera Utara.

Anshori, C. 2004. Panduan Geowisata Karangsambung. UPT BIKK LIPI.

Kebumen.

Anshori, C. 2008. Tinjauan Tektonik Kawasan Cagar Alam Geologi

Karangsambung. UPT BIKK LIPI. Kebumen.

Bayuseno, Anthanasius. P. 2009. Pengembangan dan Karakterisasi Material

Keramik Untuk Dinding Bata Tahan Api Tungku Hoffman K1. ROTASI.

Vol. 11, No. 4, Oktober 2009.

Harefa, F. B. 2009. Pemanfaatan Limbah Padat Pulp Gritsdan Dregs dengan

Penambahan Kaolin sebagai Bahan Pembuatan Keramik Konstruksi.

Skripsi. Departemen Fisika. Universitas Sumatera Utara. Medan.

Isman, MT., D. I. Sardjono, Sukosrono, & Kimolo, E. 2000. Penentuan

Komposisi Bahan Mineral Penyusun Keramik Untuk Immobilisasi Limbah

Radioaktif. Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar

Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir. P3TM-BATAN. Yogyakarta.

Karo-karo, U. & Komaro, M. 2006. Karakterisasi Bahan Mentah dan Analisa

Kegagalan Produk Keramik. TORSI, Vol IV, No.2, Juli 2006.

Kashcheev, I. D., & O. V. Turlova. 2010. Physical-Chemical Properties of

Ceramic Mix Using Nizhneuvel‟skoe Clay. Journal Glass and Ceramic.

Vol. 67, Nos. 5-6, 2010, 173-175.

Kiswanto, Heri. 2011. Optimasi Sifat-sifat Mekanik Genteng Press dengan Bahan

Aditif Silika dan Dolomit. Skripsi. Jurusan Fisika, Universitas Negeri

Semarang. Semarang.

43

44

Mkrtchyan, R. V., A. A. Ismatov, & R. A. Musaev. 2002. Clay Shale from The

Dzherdanakskoe Deposit: a High-Quality Ceramic Material. Journal Glass

and Ceramics. Vol 59, Nos. 5-6, 2002, 177-179.

Mothe, C. G. & M. C. Ambrosio. 2007. Processes Occuring During The Sintering

Of Porous Ceramic Materials By TG/DSC. Journal of Thermal Analysis

and Calorimetry, Vol.87 (2007) 3, 819-822.

Parno. 1997. Keramik: Karakteristik, Pembuatan dan Penggunaannya. FOTON,

Vol.1 No.1, Februari 1997.

Prayogo, T. & Budiman, B. 2009. Survey Potensi Pasir Kuarsa Di Daerah

Ketapang Propinsi Kalimantan Barat. Jurnal Sains dan Teknologi

Indonesia Vol.11 No.2 Agustus 2009 Hlm. 126-132.

Sebayang, P., Muljadi, & Tetuko, A.P. 2009. Pembuatan Bahan Filter Keramik

Berpori Berbasis Zeolit Alam dan Arang Sekam Padi. Teknologi Indonesia

32 (2) 2009: 99-105.

Sriatun., Yulianto, A. & Sulhadi. 2013. Analisis Sifat Mekanik Genteng Keramik

Hasil Campuran Lumpur Lapindo. Unnes Physics Journal. UPJ 2 (1)

(2013). ISSN 2252-6978.

Subari & Hidayati. W. Sri. 2010. Pemanfaatan Limbah Porong sebagai Bahan

Aditif pada Pembuatan Glasir. Jurnal Informasi Teknologi Keramik dan

Gelas 31 (1): 9 – 24.

Subiyanto, H. & Subowo. 2003. Pengaruh Temperatur Sintering Terhadap Sifat

Mekanik Keramik Insulator Listrik. Jurnal Teknik Mesin, Volume 3,

Nomor 1, Januari 2003. ITS. Surabaya.

Sudaryanto. 2000. Klasifikasi Lempung Asal Karangsambung Berdasarkan

Kegunaannya. Wawasan Tridharma, Nomor 3 Tahun XIII Oktober 2000.

Tippler, Paul A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik. Edisi ketiga, jilid 1. Jakarta:

Erlangga.

45

Qodari, M. T. 2010. Karakterisasi Lempung dari Daerah Pagedangan Kecamatan

Turen Kabupaten Malang dan Daerah Getaan Kecamatan Pagelaran

Kabupaten Malang. Skripsi. Jurusan Kimia. UIN Malang.

Umah, S. 2010. Kajian Penambahan Abu Sekam Padi dari Berbagai Suhu

Pengabuan terhadap Plastisitas Kaolin. Skripsi. Jurusan Kimia. UIN

Malang.

Vlack, L. V. (Penerjemah: Ir. Sriatie Djaprie). 1994. Element of Materials Science

and Engineering (Ilmu dan Teknologi Bahan). Jakarta: Erlangga.

Sumber dari internet:

Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara (2012) :

Data Pertambangan Mineral dan Batubara “Pasir Kuarsa”.

http://www.tekmira.esdm.go.id/data/PasirKwarsa/Ulasan.asp?xdir=PasirK

warsa&commId=25&comm=Pasir%20Kwarsa [diakses 20/12/2012].

46

LAMPIRAN A. Data Pengukuran Densitas

Hasil pengukuran densitas

No Komposisi bahan

(%massa)

massa (g) volume

(cm3)

densitas ρ

(g/cm3)

1 95 / 5 26.56 15.07 1.76

2 90 / 10 26.25 15.07 1.74

3 85 / 15 26.97 15.07 1.79

4 80 / 20 27.09 15.07 1.80

5 75 / 25 27.26 15.07 1.81

6 70 / 30 27.37 15.07 1.82

7 65 / 35 27.52 15.07 1.83

8 60 / 40 26.38 15.07 1.75

9 55 / 45 27.14 15.07 1.80

10 50 / 50 27.55 15.07 1.83

11 45 / 55 27.73 15.07 1.84

Contoh pengukuran densitas:

g/cm3

g/cm3

47

LAMPIRAN B. Data Pengukuran Porositas

Hasil pengukuran porositas

No Komposisi

(%massa)

Massa Kering

(gram)

Massa Basah

(gram)

Volume

(cm3)

ρ1

(g/cm3)

ρ2

(g/cm3)

Porositas

(%)

1 95 / 5 26.56 29.5 15.07 1.76 1.96 9.97

2 90 / 10 26.25 29.19 15.07 1.74 1.94 10.07

3 85 / 15 26.97 30.51 15.07 1.79 2.02 11.60

4 80 / 20 27.09 29.95 15.07 1.80 1.99 9.55

5 75 / 25 27.26 30.29 15.07 1.81 2.01 10.00

6 70 / 30 27.37 30.59 15.07 1.82 2.03 10.53

7 65 / 35 27.52 30.52 15.07 1.83 2.03 9.83

8 60 / 40 26.38 29.7 15.07 1.75 1.97 11.18

9 55 / 45 27.14 30.8 15.07 1.80 2.04 11.88

10 50 / 50 27.55 31.72 15.07 1.83 2.10 13.15

11 45 / 55 27.73 31.05 15.07 1.84 2.06 10.69

Contoh pengukuran porositas:

48

LAMPIRAN C. Data Pengukuran Kekerasan

Hasil pengukuran nilai kekerasan

No Komposisi

(% massa)

Luasan

(cm2)

Tekanan max

(kgf)

Kuat Tekan

(kgf/cm2)

1 95 / 5 12.56 5798.43 461.66

2 90 / 10 12.56 6421.27 511.25

3 85 / 15 12.56 4355.92 346.81

4 80 / 20 12.56 5540.62 441.13

5 75 / 25 12.56 3171.51 252.51

6 70 / 30 12.56 647.725 51.57

7 65 / 35 12.56 1392.42 110.86

8 60 / 40 12.56 1533.36 122.08

9 55 / 45 12.56 980.873 78.09

10 50 / 50 12.56 586.058 46.66

11 45 / 55 12.56 686.08 54.62

Contoh pengukuran kekerasan:

kgf/cm2

49

LAMPIRAN D. Alat-alat Penelitian

Cawan & mortar Ball mill

Neraca digital Alat press

Furnace Gelas kimia

50

Perangkat Mikroskop MS-804

Perangkat Standart

Compression Tester

LAMPIRAN E. Bahan-bahan Penelitian

Lempung Karangsambung Pasir Kuarsa

41

LAMPIRAN F. Gambar Sampel Keramik